桥接单元制造技术

本发明专利技术的名称为桥接单元，涉及一种具有桥接单元26的变流器单元18，其具有机械双稳态继电器34和电子开关36。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率电子设备的领域，本专利技术尤其涉及一种用于使变流器单元短路的桥接单元；一种变流器单元(Umrichterzelle)；—种变流器；以及一种用于使变流器单元短路的方法。
技术介绍
特定类型的变流器、例如模块化的多电平变流器(modularmulti-level COnverters-M2LC-变流器)可以具有多个变流器单元，这些变流器单元包括功率电子开关，利用所述功率电子开关来开关需要通过变流器开关的电流。在这种单元中会始终出现的问题是，变流器的一个或多个单元必须被绕过或被短路。例如在一个单元或多个单元上产生过电流或过电压时(这起因于外部故障(例如接地故障)或变流器单元的内部故障)， 情况会是这样。在变流器单元发生重大的内部故障的情况下，能够有利的是，当持久地实现了变流器单元的桥接时。为此已经提出了烟火式闭合触点(pyrotechnischer Schliesser) (W0 2009/092621A1)，真空开关管(Vakuumschaltr0hren) (wo 2008/125494A1)，但也提出了短接的(durchlegierend)半导体构件(DE 103 232 20 Al, WO 2007/023064)。在外部故障的情况下可能必需的是，通过桥接单元吸收短的电流浪涌并且必须在变流器上引导绕过。对于该目的提出了，例如将晶闸管并联于变流器开关的空转二极管布置(WO 2008/067786A1)。不可复位的桥接单元(例如烟火式闭合触点或短接的构件)必须成本很高地由变流器单元中拆出并且替换为新的尚未使用的桥接单元。这会是非常耗时且成本高的。在晶闸管的情况下也可能出现这样的问题，即桥接单元在没有外部能量的情况下返回到断开状态。在这种情况下变流器的完全的电力故障也可能使损坏单元的桥接单元又进入不导电的状态中。在GB 1 163 507 A中提出了一种适宜的、用于使变流器的变流器单元的第一输入端和第二输入端短路的桥接单元。此外US 5，986，909公开了一种借助于继电器用于变流器单元的桥接单元。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提出一种具有容易维护的和可靠的变流器单元的变流器。该目的通过独立权利要求的内容来实现。本专利技术的另外的实施方式由从属权利要求中得出。本专利技术的第一方面涉及一种用于使模块化的变流器的变流器单元的第一输入端和第二输入端短路的桥接单元。变流器可以是功率变流器，其设计用于使数千伏特和数十或数百安培的电流变流。变流在此理解为这样的过程，其中从直流电压中产生交流电压，从交流电压中产生直流4电压，或者从第一频率的交流电压中产生第二频率的交流电压。变流器可以是模块化的多电平变流器(M2LC)、间接变流器或直接变流器。这两种类型的变流器经常也称为链连接变流器(Chainlink-Umrichter)，这是因为其变流器单元成链状地布置。变流器单元可以是单极的单元(半桥)，例如在间接的M2LC-变流器的情况下，但也可以是双极的单元(全桥)，例如在直接的M2LC-变流器或链连接变流器的情况下。变流器单元通常具有多个电子开关，例如晶闸管或IGBT。此外，变流器单元包括蓄能器，例如电容器。为了构建变流器可以通过其输入端串联多个变流器单元。根据本专利技术的一个实施方式，桥接单元包括双稳态机械继电器，其中双稳态机械继电器设计用于将第一输入端和第二输入端电连接和/或又中断这种连接。双稳态机械继电器在其控制输入端断开时并不失去其当前的开关状态。根据本专利技术的一个实施方式，桥接单元包括功率电子开关。功率电子开关可以设计用于将变流器单元的第一输入端和第二输入端电连接和/或又中断这种连接。功率电子开关可以相对于继电器快若干数量级地开关。例如桥接单元可以同时将控制信号发送到功率电子开关和双稳态机械继电器，其后首先在非常短的时间段(微秒) 之后闭合功率电子开关并且随后闭合双稳态机械继电器(毫秒)。根据本专利技术的一个实施方式，功率电子开关设计用于在几微秒至几十微秒之内闭I=I O根据本专利技术的一个实施方式，双稳态机械继电器设计用于在几毫秒至几十毫秒之内闭合。即使当变流器单元例如由于闭合的桥接单元在一段时间之后失去内部的馈电时， 双稳态机械继电器仍然保持其闭合的状态。桥接单元可以以简单的技术来构造。不需要烟火式闭合触点或真空开关管。通过双稳态机械继电器，桥接单元在操作之后也在没有外部能量的情况下可靠地保持在稳定的状态中。由于双稳态机械继电器和功率电子开关可以设计为可复位的，因此也可以可复位地构建桥接单元。此外，桥接单元可以和变流器单元并联于其输入端，与短接的半导体构件相反。附加地，桥接单元能够实现用于高电阻的变流器单元的双极的过电压限制。通过桥接单元还可以覆盖(abdecken)变流器级上的多个故障情况，尤其是也覆盖接地故障和短路。桥接单元还可以提供冗余的路径，例如用于DC-链路-短路路径。根据本专利技术的一个实施方式，功率电子开关包括两个反并联的晶闸管。一般来说也可能的是，桥接单元包括至少一个晶闸管。根据本专利技术的一个实施方式，功率电子开关包括三端双向可控硅开关。根据本专利技术的一个实施方式，桥接单元包括蓄能器，用于为驱动器、机械继电器和功率电子开关供给能量。这样一种蓄能器例如可以是电容器，其例如可以通过施加在变流器单元上的电压直接地或间接地充电。尤其也会可能的是，又专门通过变流器单元上的过电压为蓄能器或电容器充电。根据本专利技术的一个实施例，桥接单元包括用于开关双稳态机械继电器和功率电子开关的驱动器。根据一个实施方式，驱动器设计用于接收用于继电器和/或功率电子开关的闭合信号或复位信号，以及作为对闭合信号或复位信号的反应闭合或断开(也就是说复位)继电器和/或功率电子开关。根据本专利技术的一个实施方式，驱动器设计用于测定在变流器单元的第一输入端和第二输入端之间的过电压和/或过电流。这例如可以由此实现，即驱动器接收在变流器单元的第一输出端和/或第二输出端上的电压测量单元和电流测量单元的测量信号并且对该信号继续进行处理。根据本专利技术的一个实施方式，驱动器设计用于当测定过电压和/或过电流时，闭合继电器和/或功率电子开关。驱动器例如可以当第一输入端和第二输入端之间的电压超过预先确定的阈值时闭合两种开关元件。同样地，驱动器可以当第一输入端和/或第二输入端中的电流超过预先确定的阈值时闭合两种开关元件。根据本专利技术的一个实施方式，对桥接单元的驱动通过在Xl和X2之间的无源的过电压检测来进行。无源的过电压检测在此可以理解为一种电子构件，其单独地通过存在过电压而改变其内部状态。这种构件的示例是Transil 二极管或抑制二极管。无源的过电压检测例如可能包括至少一个抑制二极管或由串联的抑制二极管组成的抑制链。抑制二极管在确定的阈值电压的情况下成为导电的，利用抑制二极管的链可以进而调节阈值电压，该链在该阈值电压成为导电的。根据本专利技术的一个实施方式，串联的抑制二极管的链(选择成使得该链在预先确定的阈值电压的情况下成为导电的)能够产生相应的信号，以便开关桥接单元的双稳态机械继电器和/或功率电子开关。根据本专利技术的一个实施方式，当过电压超过预定值(Clberschreiten)时，通过过电压对蓄能器充电或附加地充电。根据本专利技术的一个实施方式，驱动器具有另一个电子开关，该电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种桥接单元（２６），用于使模块化的变流器（１０）的变流器单元（１８）的第一输入端（Ｘ１）和第二输入端（Ｘ２）短路，所述桥接单元（２６）包括：双稳态机械继电器（３４）；功率电子开关（３６）；用于开关所述继电器（３４）和所述功率电子开关（３６）的驱动器（４２）；其中所述双稳态机械继电器（３４）设计用于将所述第一输入端（Ｘ１）和所述第二输入端（Ｘ２）电连接；其中所述功率电子开关（３６）设计用于将所述第一输入端（Ｘ１）和所述第二输入端（Ｘ２）电连接；其中设有蓄能器（４８），所述蓄能器（４８）用于为所述机械继电器（３４）、所述功率电子开关（３６）和所述驱动器（４２）供给能量；其中所述驱动器（４２）包括无源的过电压检测器（７０）并且在所述过电压超过预定值时通过所述过电压为所述蓄能器（４８）充电；其中所述驱动器（４２）具有另一个电子开关（Ｔ１），所述电子开关当所述蓄能器（４８）上的电压超过预先限定的值时闭合，并且所述驱动器从所述蓄能器为所述双稳态继电器（３４）和／或所述功率电子开关（３６）供给电流；以及其中所述驱动器（４２）具有滞后，使得当所述蓄能器（４８）上的电压低于预定值时，继续从所述蓄能器为所述继电器（３４）和／或所述功率电子开关（３６）供给电流。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·弗格利，
申请(专利权)人：ABB瑞士有限公司，
类型：发明
国别省市：CH